Studio e sviluppo di tecniche di controllo in Sliding Mode per convertitori active front end con filtro LCL

Abstract

Nel seguente studio viene, prima di tutto, affrontato il problema della risonanza di un filtro LCL, operante a valle di un convertitore a tensione impressa (Voltage Source Inverter, VSI). Lo studio teorico viene condotto a partire dalle equazioni che reggono il sistema filtro-inverter, allo scopo di evidenziare il picco di risonanza e di dimostrarne la possibile riduzione, attraverso l’inserzione di una resistenza, in serie al condensatore del filtro. Vengono dunque analizzati possibili metodi per introdurre virtualmente la resistenza, attraverso il controllo del convertitore. L’obiettivo è fornire al sistema uno smorzamento (damping capability) sfruttando lo schema di controllo in sliding mode, in combinazione all’uso di un osservatore. Descritti tali aspetti a livello teorico, vengono quindi presentati i modelli di simulazione in ambiente Matlab Simulink. I test eseguiti consistono nell’applicazione di disturbi alla frequenza di risonanza del filtro, per valutare le capacità di smorzamento dell’algoritmo implementato. La studio si conclude con l’analisi dei risultati ottenuti e la proposta di ulteriori miglioramenti per tale metodologia di controllo.

In the following study, first of all, the problem of the resonance of an LCL filter, operating downstream of a Voltage Source Inverter (VSI), is addressed. The theoretical study is conducted starting from the equations that govern the filter-inverter system, in order to highlight the resonance peak and to demonstrate its possible reduction, through the insertion of a resistance, in series to the filter capacitor. Possible methods to virtually introduce resistance through the control of the converter are therefore analyzed. The goal is to provide the system with damping capability by exploiting the control scheme in sliding mode, in combination with the use of an observer. Described these aspects at a theoretical level, the simulation models in the Matlab Simulink environment are then presented. The tests performed consist in the application of disturbances to the resonant frequency of the filter, to evaluate the damping capabilities of the implemented algorithm. The study concludes with the analysis of the results obtained and the proposal of further improvements for this control methodology.